新能源電動汽車傳統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)分析

段敏

摘 ?要：我國環(huán)境和能源問題不斷加劇，人們更多關(guān)注和注重新能源電動汽車，同時(shí)國家相繼出臺電動汽車優(yōu)惠補(bǔ)償政策，促進(jìn)更多汽車廠家加大電動汽車的開發(fā)。電動汽車和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，電力驅(qū)動和控制系統(tǒng)形成了電動汽車的核心，通過電動機(jī)動力有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動力。新能源是目前汽車技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向，每年不斷增加新能源電動汽車產(chǎn)量，進(jìn)而對新能源汽車傳動系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析需求日益增加。

關(guān)鍵詞：新能源;電動汽車;傳統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)

新時(shí)代發(fā)展背景下，人們生活條件、生活理念等多個(gè)方面發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，改善生活質(zhì)量，對汽車的需求量不斷增加，進(jìn)一步促進(jìn)汽車行業(yè)的迅速發(fā)展。汽車的普及應(yīng)用逐漸促進(jìn)人類社會經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代文明迅速發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的能源問題和自然生態(tài)環(huán)境問題，節(jié)能和環(huán)保是汽車技術(shù)發(fā)展的主題之一，需要人們加大研究力度，更加滿足現(xiàn)代人們的實(shí)際需求。

1新能源電動汽車傳統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)研究意義

新能源汽車面對日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題，提出了一種解決的可能，成為世界上技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱門方向。當(dāng)前，新能源汽車的技術(shù)路線差異主要展現(xiàn)在能力供給上，包含氫燃料和鋰電池兩種技術(shù)路線。

氫燃料電池汽車主要運(yùn)行原理是氫原料和空氣中的氧結(jié)合，最后形成水，借助該化學(xué)變化將氫動力轉(zhuǎn)化成電力，同時(shí)用于驅(qū)動，屬于電動汽車的一種變化。氫能源呈現(xiàn)出燃料添加快、續(xù)航時(shí)間長等多種優(yōu)勢，同時(shí)氫燃料電池汽車具有明顯缺點(diǎn)[1]。如：氫加注站工程技術(shù)難度較大，網(wǎng)點(diǎn)難以實(shí)現(xiàn);呈現(xiàn)出較高成本，氫的制備和儲運(yùn)，或者氫動力汽車的制造，相比較于商業(yè)應(yīng)用門限較高;安全問題，氫氣屬于易燃易爆氣體，在加注站或者汽車上，氫都是進(jìn)行高壓存儲，容易受到多方面因素的影響，產(chǎn)生一定的安全性問題。

鋰電池屬于目前發(fā)展的主要方向，主要包含三元鋰、磷酸鐵鋰，前者能夠在低溫性能和單位電池的電容量上體現(xiàn)出優(yōu)勢，能力密度能夠?qū)崿F(xiàn)179Wh/kg，價(jià)格降低到了1.3元/Wh，呈現(xiàn)出良好的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。國內(nèi)外的部分廠家致力于鋰電新能源汽車技術(shù)發(fā)展，如比亞迪、蔚來汽車等。鋰電新能源汽車屬于目前新能源汽車行業(yè)的主要發(fā)展方向。

2系統(tǒng)主要類型

2.1單電機(jī)傳動系統(tǒng)

市場上大部分純電動汽車的傳動系統(tǒng)屬于單電機(jī)傳動系統(tǒng)，配置和內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)存在一定的相似性，一般情況下需要一個(gè)電動機(jī)、電源、變速器和控制器有效完成整個(gè)工作，呈現(xiàn)出一定的安全穩(wěn)定性，操作便捷。但是，該系統(tǒng)對功率具有較高要求，設(shè)計(jì)過程中需要綜合考量電機(jī)尺寸和質(zhì)量。單電機(jī)傳動系統(tǒng)的制造技術(shù)相對比較成熟，隨著時(shí)代不斷進(jìn)步和發(fā)展，新能源汽車技術(shù)更加符合社會發(fā)展要求，全面提高汽車整體性能，滿足人們應(yīng)用需求，進(jìn)一步推進(jìn)社會發(fā)展。

2.2主電機(jī)、輪轂電機(jī)傳動系統(tǒng)

該系統(tǒng)和單電機(jī)傳動系統(tǒng)相比較，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加繁雜，主要包含2個(gè)輪轂電機(jī)、1個(gè)電機(jī)控制器、變速箱和主減速器構(gòu)成。該系統(tǒng)控制的新能源汽車主電機(jī)時(shí)期順利形式的關(guān)鍵，主電機(jī)能夠無限為新能源汽車提供功率。汽車進(jìn)行超負(fù)荷運(yùn)行的情況下，輪轂電機(jī)能夠有效保護(hù)主電機(jī)，避免主電機(jī)受到損壞。該系統(tǒng)主要以前軸哪位主要驅(qū)動力，輪轂電機(jī)屬于輔助驅(qū)動力，有效保證功率的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠在惡劣環(huán)境下具有良好的適應(yīng)性，有效解決輪轂電機(jī)的散熱問題。

2.3雙電機(jī)雙軸驅(qū)動純電汽車驅(qū)動系統(tǒng)

電機(jī)雙軸驅(qū)動純電汽車驅(qū)動系統(tǒng)屬于一種新型驅(qū)動，主要工作原理是應(yīng)用電機(jī)結(jié)合的形式有效組合前橋和后橋，包含電動機(jī)、減速器和驅(qū)動橋三部分，這些部分的軸之間關(guān)系密切，在很大程度上能夠有效維護(hù)驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。另外，該系統(tǒng)中的兩臺發(fā)動機(jī)能夠有效保證車輛承載更多符合，全面提升工作質(zhì)量和效率。雙軸驅(qū)動設(shè)計(jì)能夠有效提升汽車性能，進(jìn)一步保證汽車運(yùn)行過程中出現(xiàn)再生制動，進(jìn)而有效減少電動汽車制動距離的作用，全面提高汽車能量收回率。

3試驗(yàn)分析

專用的電氣試驗(yàn)系統(tǒng)能夠在整車裝備之前有效獲得電氣傳動系統(tǒng)的性能和特征。試驗(yàn)系統(tǒng)需要有效模擬實(shí)際的運(yùn)行工況，試驗(yàn)電氣傳動部分。針對電氣傳動系統(tǒng)而言，電池系統(tǒng)是能力供給裝置，同時(shí)電池充放電過程比較緩慢，對試驗(yàn)效率產(chǎn)生直接影響。因此，電池系統(tǒng)通常情況下不被歸納到試驗(yàn)范圍之中，驅(qū)動器和電機(jī)組成的子系統(tǒng)，主要輸入直流電壓和電流，輸出的是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩[2]。試驗(yàn)系統(tǒng)能夠有效提供對應(yīng)的接口，實(shí)現(xiàn)模擬試驗(yàn)的需求。試驗(yàn)系統(tǒng)和系統(tǒng)投資、工作質(zhì)量及效率具有直接關(guān)系。因此，我們要分析和探討優(yōu)越的新能源電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)，主要包含電氣和機(jī)械部分、軟件，提供相適應(yīng)的試驗(yàn)解決方案。

3.1方案

被試驗(yàn)系統(tǒng)主要包含驅(qū)動器和被試驗(yàn)電機(jī)，在驅(qū)動器輸入側(cè)配置有直流電量測量，同時(shí)測量輸入的直流電壓和電流，是系統(tǒng)的輸入功率計(jì)算點(diǎn)。電機(jī)機(jī)械軸端妹紙相應(yīng)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀，能夠有效測量系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，屬于系統(tǒng)的輸出功率計(jì)算點(diǎn)，通常情況下，驅(qū)動器和電機(jī)之間增加交流電量測量，同時(shí)測量電機(jī)輸入側(cè)的交流電壓和電流，經(jīng)過該點(diǎn)的功率計(jì)算，進(jìn)而有效獲得兩個(gè)單體設(shè)備的實(shí)際功率。

3.2機(jī)械部分分析

新能源電機(jī)的轉(zhuǎn)速和普通電機(jī)相比較高，通常情況下最高轉(zhuǎn)速一萬兩千轉(zhuǎn)，由于是電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了一萬八千轉(zhuǎn)，甚至達(dá)到兩萬轉(zhuǎn)，在這么高的轉(zhuǎn)速下，更加凸顯出機(jī)械部分設(shè)計(jì)的重要性。試驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)械部分主要包含底座、旋轉(zhuǎn)軸系、安裝工件，這三部分有機(jī)結(jié)合能夠有效組成一套機(jī)械測試臺架，呈現(xiàn)出良好的安全穩(wěn)定性，旋轉(zhuǎn)軸系是試驗(yàn)系統(tǒng)的主要部分，主要包含被試電機(jī)、陪試電機(jī)和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩儀三部分。電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，充分展現(xiàn)出軸系安全穩(wěn)定性的重要作用。軸系不穩(wěn)定的條件下，造成試驗(yàn)不能順利進(jìn)行，甚至對設(shè)備產(chǎn)生一定程度的損壞。另外，試驗(yàn)系統(tǒng)完整的進(jìn)行3D建模設(shè)計(jì)和模態(tài)分析機(jī)械工裝設(shè)計(jì)，經(jīng)歷多個(gè)實(shí)物版本演變升級之后，形成一套可靠的機(jī)械方案。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中按照電機(jī)試驗(yàn)的實(shí)際需求，全面考慮了更換測試電機(jī)的便捷性，系統(tǒng)該綜合考慮了過渡工裝連接方式，有利于不同類型的電機(jī)測試安裝（如圖1所示）。

3.3電氣部分分析

試驗(yàn)系統(tǒng)相比較于被試系統(tǒng)來說，需要提供直流電源和機(jī)械負(fù)載。試驗(yàn)系統(tǒng)框架（如圖2所示），被廣泛應(yīng)用，選定一個(gè)整流器，將電網(wǎng)的交流電有效轉(zhuǎn)換成直流電源，為驅(qū)動器供電。設(shè)計(jì)人員要綜合考慮迅速響應(yīng)性和能力回收工況的實(shí)際要求，通常情況下整流器需要綜合考量應(yīng)用全可控器構(gòu)建成的四象限有源前端。陪試變頻器需要呈現(xiàn)出良好的四象限運(yùn)行能力，和車上布置相比來說，試驗(yàn)系統(tǒng)對空間要求相對不高，綜合考慮綜合成本，陪試電機(jī)通常選擇異步機(jī)。

常規(guī)的試驗(yàn)系統(tǒng)在加載過程中，回饋能量的交互點(diǎn)在交流側(cè)，需要兩個(gè)全功率的四象限整流設(shè)備設(shè)施。試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用共直流母線方案，主要是在加載測試過程中，能量在直流母線側(cè)循環(huán)，整流器僅僅需要對系統(tǒng)的損耗進(jìn)行補(bǔ)充即可[3]。滿功率負(fù)載時(shí)整流器的容量有效減少到了20%，大大降低了試驗(yàn)系統(tǒng)投資。試驗(yàn)系統(tǒng)方案中增加了一臺DC/DC直流電源，能夠有效匹配不同驅(qū)動器的電壓等級。AFE整流器的最低輸出電壓受到交流進(jìn)線值的限制，為了更加適應(yīng)不同驅(qū)動器，進(jìn)線電壓需要保持較低，但是為了更加符合功率需求，整流器電流需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟螅M(jìn)而導(dǎo)致整流器的非標(biāo)制造，同時(shí)在很大程度上增加設(shè)備成本。該直流電源的增設(shè)，更好的解決了電壓匹配的問題，促進(jìn)整流器和陪試變頻器能夠有效應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。另外，該直流電源的基礎(chǔ)上，能夠有效定制電流模擬功能，更加全面、真實(shí)的模擬實(shí)際運(yùn)行工況。

3.4軟件部分分析

新能源電動汽車試驗(yàn)過程繁雜多樣，試驗(yàn)系統(tǒng)的信息自動化程序?qū)ο到y(tǒng)性能、工作效率產(chǎn)生直接影響。試驗(yàn)系統(tǒng)采樣全自主開發(fā)的測試軟件系統(tǒng)，有效控制設(shè)備，全過程試驗(yàn)自動控制，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行有機(jī)整合，全面提高試驗(yàn)質(zhì)量和效率。被試系統(tǒng)需要在多種不同運(yùn)行工況下開展效率云圖測試，通常是在直流供電電壓不同的條件下，同時(shí)在不同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，提高測試系統(tǒng)的效率。一般情況下，一套專用的試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)下來，需要試驗(yàn)上萬個(gè)工作點(diǎn)，當(dāng)應(yīng)用人工方式進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，消耗大量的人力和時(shí)間，同時(shí)容易受到試驗(yàn)人員自身專業(yè)知識和技術(shù)水平等多種因素的影響，出現(xiàn)漏點(diǎn)漏記的現(xiàn)象。另外，部分特殊工作點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)過程中，對溫度具有較高要求，需要保證溫度變化較小，采用人工方式不能有效滿足試驗(yàn)的實(shí)際要求[4]。試驗(yàn)系統(tǒng)充分考慮該需求，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)之后，系統(tǒng)能夠自動高效的完成整個(gè)試驗(yàn)過程。測試系統(tǒng)包含DBC文件配置功能，能夠更加便利的接入不同廠家的驅(qū)動器進(jìn)行測試，有效提高系統(tǒng)試驗(yàn)的適用性。

4新能源汽車混合動力優(yōu)化探析

新能源汽車按照動力來源可以分成混合動力電動汽車，主要結(jié)合傳統(tǒng)燃料和電力，高效改善傳統(tǒng)電動車損耗油量較多的問題;純電動汽車，主要憑借電力為汽車提供驅(qū)動力，普遍應(yīng)用電機(jī)驅(qū)動，部分汽車是在發(fā)動機(jī)艙中安裝電動機(jī)，操作靈活便捷，但是電力儲存技術(shù)需要不斷改進(jìn)和完善。燃料電池電動汽車主要借助電流產(chǎn)生動力，電流經(jīng)過特殊化學(xué)反應(yīng)之后，能夠有效發(fā)揮控制汽車驅(qū)動的作用。該種汽車的優(yōu)勢以電力為主，實(shí)現(xiàn)尾氣零排放量，不會形成較大噪聲污染，對自然生態(tài)環(huán)境損壞較低。

4.1串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要以發(fā)動機(jī)為驅(qū)動，借助電動機(jī)控制器將產(chǎn)生的電能有效儲存在電動機(jī)中或者電池中，進(jìn)一步保證電動車運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。蓄電池能夠?yàn)榘l(fā)電機(jī)、電動機(jī)不間斷供能，同時(shí)能夠有效平衡功率。該系統(tǒng)更加符合多次停車之后起步，同時(shí)行駛速度較慢的情況，在電動公交車中被廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)在實(shí)際工作運(yùn)行中，不斷優(yōu)化發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，促進(jìn)其始終保持優(yōu)良的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而能夠間接地合理調(diào)節(jié)車速。

4.2并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

該系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)和電動機(jī)主要以并聯(lián)形式存在，屬于兩個(gè)不同的體系，能夠分別從不同位置為新能源汽車提供運(yùn)行動力，同時(shí)可以單方面提供動力[5]。汽車運(yùn)行過程中，遇到較大上坡的情況時(shí)，發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī)能夠同時(shí)為汽車提供充足的動力，當(dāng)汽車爬坡結(jié)束之后，可以通過發(fā)動機(jī)進(jìn)行單方面的為汽車提供動力，有效保持汽車原速度行駛。汽車行駛過程中，保持速度穩(wěn)定不變的情況下，該系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的利用效率較高，在快速車道行駛過程中，能夠有效管控燃油的損耗。

4.3混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

該系統(tǒng)有效結(jié)合串聯(lián)、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，高效綜合了兩個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，更好的整合優(yōu)化發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，同時(shí)不斷改進(jìn)和完善其結(jié)構(gòu)，促進(jìn)其在實(shí)際工作中保持良好的穩(wěn)定狀態(tài)，獲得良好的節(jié)能環(huán)保效果。

結(jié)束語：

人們對新能源電動汽車加大研究和應(yīng)用力度，但是針對試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)展的研究需要進(jìn)一步完善。本文提出新式的新能源電動汽車試驗(yàn)系統(tǒng)，能夠有效減少試驗(yàn)投資，提高工作質(zhì)量和效率。

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